DE2155926A1 - Temperature sensor - Google Patents

Temperature sensor

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DE2155926A1 DE19712155926 DE2155926A DE2155926A1 DE 2155926 A1 DE2155926 A1 DE 2155926A1 DE 19712155926 DE19712155926 DE 19712155926 DE 2155926 A DE2155926 A DE 2155926A DE 2155926 A1 DE2155926 A1 DE 2155926A1
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    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
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    • G01F23/247—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring variations of resistance of resistors due to contact with conductor fluid thermal devices for discrete levels
    • G01F23/248—Constructional details; Mounting of probes

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Description

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USS ENGINEERS AND CONGUJ1TANi1G, IivC 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania, U.S.A.USS ENGINEERS AND CONGUJ 1 TANi 1 G, IivC 600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania, USA

TemperaturfühlerTemperature sensor

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I)Ic- Krfindung bezieht eich auf einen Temperaturfühler. zum Anzsigen des Vorhandenseins oder der Standhöhe ei Tier heißen Flüssigkeit in einem Gefäß durch Abgabe einer Signalfipannunj- in Abhängigkeit von einem durch die Flüscipkeit in einem metallischen Toil der Gef äßwanching, bcv/i rktonI) Ic discovery relates to a temperature sensor. to indicate the presence or height of an animal hot liquid in a vessel by dispensing a Signal fipannunj- depending on one by the liquid in a metallic toilet the vessel wandering, bcv / i rkton

Ein T'.iriipur-atui'i'ühler der genannten Art eignet &±ch insbesonfioi'o zur Verwendung in einer Einrichtung zum Anae-igon 6',:T iitimdhöhe von flüsrä^eni Metoll in einer wassergekühlten Strarx^f^ußkokille, wie sie beispielsweise in der USA-Patentßchi'ift 5 204 460 beschrieben ist. Die Erfindung ist ,-jedochA T'.iriipur-atui'i'ühler of the type mentioned is suitable & ± ch in particular for use in a device for the anae-igon 6 ' , as described, for example, in US Pat. No. 5,204,460. The invention is, - however

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

nicht auf eine solche Anwendung beschränkt. Dia bekannte Einrichtung weist «ine Reihe ait senkrechten Abständen in der Wandung der Kokille eingesetzter Theraopaare sowie eine MeSschaltung auf. Die Thermopaare sind mit der Meßechaltung derart verbunden, daß deren jeweilige. Temperatüren zur Darstellung eines sich über die Höhe der Kokille erstreckenden Teaperaturprofils angezeigt werden. Die Wan-' dung der Kokille ist oberhalb des Spiegels der darin enthaltenen Flüssigkeit kühler als unmittelbar unterhalb desselben. Die Höhe, in der das Temperaturprofil der Kokillenwandung eine plötzliche Änderung aufzeigt, entspricht somit der Standhöhe der Flüssigkeit in der Kokille. Diese Standhöhe ist tunlichst konstant zu halten. Eine Anzeige der Suandhöhe ermöglicht wiederum eine sachgemäße Steuerung derselben.not limited to such an application. Dia known The device has a row with vertical spacings in the wall of the mold, as well as thera-pairs a measuring circuit on. The thermocouples are with the measurement circuit connected in such a way that their respective. Temperatures to display a temperature profile extending over the height of the mold. The Wan ' The ingot mold is cooler above the level of the liquid it contains than immediately below it. The height at which the temperature profile of the mold wall shows a sudden change thus corresponds the level of the liquid in the mold. This height is to be kept constant as far as possible. A display of the Sand height, in turn, enables proper control the same.

Die bekannte Einrichtung verwendet herkömmliche Thermopaare oder -elemente, welche zwar genaue Temperaturangaben liefern, in einer wassergekühlten Kokille jedoch nur schwer montierbar Bind. Um fehlerhafte Temperaturanzeigen zu vermeiden, müssen ihre Verbindungsstellen gegenüber Kühlung von außen her isoliert sein, und die von den Verbindungsstellen wegführenden Anschlußleitungen müssen durchgehend elektrisch isoliert sein. . *The known device uses conventional thermocouples or elements, which provide precise temperature information, Bind, however, is difficult to assemble in a water-cooled mold. To avoid incorrect temperature displays, their connection points must be insulated against cooling from the outside, and those from the connection points Connection lines leading away must be electrically insulated throughout. . *

Ein wichtiges Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Temperaturfühler zu schaffen, welcher ein herkömmliches Thermopaar in einer Einrichtung zua Darstellen eines Temperaturprofils zu ersetzen vermag und dabei keiner aufwendigen Isolierung bedarf. ■ *An important object of the invention is to provide an improved To create temperature sensors, which represent a conventional thermocouple in a device able to replace a temperature profile and does not require expensive insulation. ■ *

Bei einem Temperaturfühler der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß er eine an eine® Ende in einer Spitze auslaufende Sonde, Einrichtungen zum Anbringen der Sonde in der Gefäßwandung unter Anlage lediglich der Spitze der Sonde in metallischer Berührung mit dem metallischen Wandungsteils wobei die Sonde aus einem von In a temperature sensor of the type mentioned, the invention provides that it has a probe ending in a tip, devices for attaching the probe in the vessel wall with only the tip of the probe in metallic contact with the metallic wall part s whereby the probe from one of

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

dem des Wandung.*>teils verschiedenen Metall ist uricl mit diesem ein Thcrmopaar eu bilden vermag, sowie Einrichtungen für den Anschluß eines elektrischen Leiters ?in der Sonde aufweist.that of the wall. *> partly different metal is uricl with This a Thcrmpaar eu able to form, as well as institutions for connecting an electrical conductor? in the Has probe.

In einer wassergekühlten Stranggußkokille ist die Sonde zweckmäßig derart in einer äußeren Wandung; fest eingesetzt, daß sie sich durch das Kühlwasser hindurch in Anlage an eine gewöhnlich aus Kupfer gefertigte innere Wandung erstreckt. The probe is in a water-cooled continuous casting mold expediently in this way in an outer wall; firmly inserted, that it extends through the cooling water in contact with an inner wall usually made of copper.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung f ergeben sich aus der folgenden Beschreibung 'eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:Further features, details and advantages of the invention can be found in the following description of an exemplary embodiment based on the drawing. It shows:

Fig. 1 eine schematisierte senkrechte Teil-Schnittanfich! einer mit einer Anordnung der erfindungrgemäßen Temperaturfühler versehenen Btranggußkokille undFig. 1 is a schematic vertical partial sectional view! a Btranggußkokille provided with an arrangement of the temperature sensors according to the invention and

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teiles der Kokille mit einer vorteilhaften praktischen Ausführung des Temperaturfühlers in vergrößertem Maßstab.Fig. 2 is a sectional view of part of the mold with an advantageous practical embodiment of the temperature sensor on an enlarged scale.

Die in der Zeichnung teilweise gezeigte herkömmliche Strang- ä gußkokille weist in gegenseitigem Abstand verlaufende innere und äußere Wandungen 10 bzw. 12 auf. Die innere Wandung 10 ist aus einem Metall von guter Wärmeleitfähigkeit, gewöhnlich aus Kupfer. Die innere Wandung 10 enthält ein flüssiges Metall M, welches sich bin zu einem Spiegel L erhebt und im unteren Teil eine teilweise Erstarrung C erfährt. Der Zwischenraum zwischen den Wandungen 10 und bildet einen Durchlaß 15, durch welchen in bekannter Weise Wasser strömt, um die innere Wandung zu kühlen und das Erstarren, des Gußstrangs zu unterstützen. Die Kokille ist mit einer Reihe in senkrechten Abständen angeordneter, nachstehend im einzelnen beschriebener Temperaturfühler gemäß der Erfindung versehen. Mit den TempersturfühlernThe conventional strand casting ingot mold ä partially shown in the drawing comprises extending inner and outer walls 10 and 12 at a mutual distance. The inner wall 10 is made of a metal with good thermal conductivity, usually copper. The inner wall 10 contains a liquid metal M, which rises to a mirror L and experiences a partial solidification C in the lower part. The space between the walls 10 and 10 forms a passage 15 through which water flows in a known manner in order to cool the inner wall and to support the solidification of the cast strand. The mold is provided with a series of vertically spaced temperature sensors according to the invention, which are described in detail below. With the temperature sensors

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BAD OfiföiNALBAD OfiföiNAL

ist über Leitungen '16 und mit der Kokille über eine Leitung 1? eine Meßschaltung I5 elektrisch verbunden. Die Meßachaltung I5 ist lediglich als Blockdiagramm dargestellt, da sie gleich der im einzelnen in der genahnten USA-Patentschrift beschriebenen nein kann.is via lines '16 and with the mold via a line 1? a measuring circuit I5 is electrically connected. The measurement circuit I5 is shown only as a block diagram, since it can be the same as the no described in detail in the mentioned USA patent.

3?ig. 2 zeigt einen der vorzugsweise einander gleichen Temperaturfühler 14 in einzelnen. Er weist ein in einer Gewindebohrung 20 in der äußeren Wandung 12 sitzendes, rohrformiges Gehäuse I9 auf. Dieses besteht aus einem geeigneten Isoliermaterial, beispielsweise Tetrafluorethylen ("Teflon"). Durch die Bohrung des Gehäuses 21. erstreckt sich eine längliehe Sonde 21. Sie läuft an ihrem inneren Ende in einer Spitze 22 aus, mit der sie sich in Anlage an der Oberfläche der inneren Wandung 10 befindet. Zunächst der inneren Wandung 10 lcaxm auf die Sond.e •eine Buchse 25 aus Isoliermaterial aufgesetzt sein, um eine mehr als punktförmige Berührung zwischen der Sonde und der inneren Wandung· zu vermeiden. Die Sonde ist aus einem von dem der inneren Wandung; verschiedenen Metall. Besteht die innere Wendung beispielsweise aus Kupfer, so kann die Sonde, aus der Nickel-Kupferlegierung Konstanten gefertigt sein. Weitere für eine mit einer inneren Wandung aus Kupfer verwendbare Sonde geeignete Metalle sind Eisen; Stahl, Legierungen wie die unter der Handelsbezeichnung "Alumel4' bekannte, sowie Platin. Die einzige Bedingung ist, daß die beiden Metalle der Wandung und der Sonde zusammen ein Thermopaar bild.en, welches bei den auftretenden Temperaturen eine meßbare Signalspannung abzugeben vermag. Zur Erzielung der erforderlichen mechanischen Festigkeit ohne, unzuträgliche Verengung des Kühlwasserdurchlasses 15 hat die Sonde zweckmäßig einen Durchmesser von etwa 3 mm.3? Ig. 2 shows one of the preferably identical temperature sensors 14 in detail. It has a tubular housing 19 seated in a threaded bore 20 in the outer wall 12. This consists of a suitable insulating material, for example tetrafluoroethylene ("Teflon"). An elongated probe 21 extends through the bore of the housing 21. First of all, a socket 25 made of insulating material must be placed on the inner wall 10 lcaxm on the probe, in order to avoid more than punctiform contact between the probe and the inner wall. The probe is made of one of that of the inner wall; different metal. If the inner turn is made of copper, for example, the probe can be made from the nickel-copper alloy constants. Further metals suitable for a probe with an inner wall made of copper are iron; Steel, alloys such as those known under the trade name "Alumel 4 '" and platinum. The only condition is that the two metals of the wall and the probe together form a thermocouple which is able to emit a measurable signal voltage at the temperatures that occur In order to achieve the required mechanical strength without an undesirable narrowing of the cooling water passage 15, the probe expediently has a diameter of approximately 3 mm.

An einer innerhalb des Kühlwasserdurchlacses 15 gelegenen Stelle trägt die Sonde einen Kragen 24. Das Gehäuse I9At one located within the cooling water through hole 15 Place the probe has a collar 24. The housing I9

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eine versenkte Bohrung 2^, in der ein Ring 26 eingesetztist. Eine auf die Sonde aufgeschobene Druckfeder 27 stützt sich mit ihren Enden am Kragen 24 und am Ring 26 a.b, um die Spitze 22 bei der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung der Teile in Anlage an der inneren Wandung 10 zu halten. Zwisehen der äußeren Wandung 12 und dem Gehäuse und zwischen dem Gehäuse 19 und dem Ring 26 sind zur Ver-r meidung des Austritts von Kühlv?asser Ringwulstdichtungen 28 bzw. 29 eingesetzt. Am äußeren Ende trägt die Sonde 21 ein Gewinde zum Befestigen eines Anschlußteils 30 für die Leitung 16.a countersunk hole 2 ^ in which a ring 26 is inserted. A compression spring 27 pushed onto the probe is supported with its ends on the collar 24 and on the ring 26 in order to keep the tip 22 in contact with the inner wall 10 during the thermal expansion and contraction of the parts. Zwisehen the outer wall 12 and the housing and between the housing 19 and the ring 26 are for encryption r avoidance of leakage of Kühlv? Ater Ringwulstdichtungen 28 or 29 used. At the outer end, the probe 21 has a thread for fastening a connection part 30 for the line 16.

In der praktischen Anwendung v;ird eine Reihe 'der erfindungsgemäßen Temperaturfühler 14 in gegenseitigen senkrechten Abständen in der in Fig. 1 gezeigten" Weise in der Wandung einer Stranggußkokille oder eines anderen, eine Flüssigkeit mit hoher Temperatur enthaltenden metallischen Gefäßes eingesetzt. Die Berührungssteile zwischen den einzelnen Spitzen 22 und der inneren Wandung 10 bildet jeweils ein Thermopaar, welches an die Schaltung I5 eine der Wandungstemperatur an dem betreffenden Punkt proportionale Signalspannung abgibt. Im Bereich des Flüssiglceitsspiegels L tritt nach unten hin ein plötzlicher Temperaturanstieg auf. Die Schaltung I5 gibt eine Darstellung des Temperatürprofils' über die Höhe der Kokille und zeigt somit die Höhe des * ™ Flüssii?}ieitsspiegels L an.In practical application, a number of the inventive Temperature sensor 14 in mutual perpendicular Distances in the "manner" shown in FIG. 1 in the wall of a continuous casting mold or another, a liquid used with a high temperature containing metallic vessel. The contact parts between the individual tips 22 and the inner wall 10 each form a thermocouple, which to the circuit I5 one of the wall temperature emits proportional signal voltage at the point in question. In the area of the liquid ice level L occurs there is a sudden increase in temperature downwards. The circuit I5 gives a representation of the temperature profile ' over the height of the mold and thus shows the height of the * ™ Fluid level L at.

Im Unterschied zu der genannten USA-Patentschrift braucht bei der erfindungsgemäßen Anordnung an keinem der Thermopaare die rrenaue Temperatur der Wandung gemessen zu werden, man mißt vielmehr nur relative Temperaturunterschiede, Bei der Verwendung dor erfindungsgemäßen Temperaturfühler an einer wassergekühlten Kokille übt das Wasser nicht nur eine KühlwLrkung 'auf die Thormopaare aus, sondern leitet auch einen Teil der jeweiligen Signal .spannungen ab. Durch diese beiden Gegebenheiten int eine Erzielung von genauen Temperatur-In contrast to the aforementioned USA patent With the arrangement according to the invention, the rough temperature of the wall cannot be measured on any of the thermocouples, man Rather, it only measures relative temperature differences Use dor temperature sensor according to the invention on a In the water-cooled mold, the water not only has a cooling effect 'on the Thorm couples, but also derives part of the respective signal voltages. Through these two Conditions int an achievement of precise temperature

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messungen verhindert. Da dabei jedoch die Abweichungen über die gesamte Höhe der Kokille im wesentlichen gleich sind, ist eine genaue Anzeige des Flüssigkeitsspiegels erzieibar. Die Impedanz der Meßccbaltung I5 ist niedriger als die des Kühlwasserdurchlasses 13, so daß ein der· Schaltung zugeführtes Signal eine ausreichende Stärke hat.measurements prevented. There, however, the deviations are essentially the same over the entire height of the mold is an accurate indication of the liquid level obtainable. The impedance of the measuring circuit I5 is lower than that of the cooling water passage 13, so that one of the The signal fed to the circuit is of sufficient strength.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.All features and advantages of the invention which are evident from the claims, the description and the drawings, including Constructive details, spatial arrangements and procedural steps can be used both for themselves and in any combination be essential to the invention.

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Claims (7)

Patentansprüche: Patent claims : Temperaturfühler zum Anzeigen di-s Vorhanden ε ei nc oder der Stanähöhe einer heißen Flüssigkeit in einem' Gefäß durch Abgabe einer Si^nalspannung in Ahhängipjkeit von einem durch die .Flüssigkeit in einem metallischen '.Peil der Gefäßwandung bevfirkten Temperaturanstieg, dadurch gekennzeichnet, daß er eine an einem Ende in einer Spitze auslaufende Sonde,. Einrichtungen zum Anbringen der Sonde in der Gefäßwandung unter Anlage lediglich der Spitze der Sonde in metallischer Berührung mit dem metallischen Wandungsteil, wobei die Sonde auε Λ Temperature sensor for displaying the presence or the level of a hot liquid in a vessel by emitting a signal voltage in dependence on a temperature rise caused by the liquid in a metallic bearing in the vessel wall, characterized in that it a probe terminating in a tip at one end ,. Means for attaching the probe in the vessel wall with only the tip of the probe in metallic contact with the metallic wall part, the probe auε Λ einem von dem des Wandungsteilε verschiedenen Metall ist und mit diesem ein Thermopaar zu bilden vermag, sowie Einrichtungen für den Anschluß eines" elektrischen Leitsrc an der Sonde aufweist.is a metal different from that of the wall part and is able to form a thermocouple with this, as well as Equipment for the connection of an "electrical conductor" on the probe. 2. Temperaturfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennze ic ine tj aaß die Einrichtungen sum Anbringen der Sonde ein rohrförmiges Gehäuse aus Isoliermaterial mit einer die Sonde aufnehmenden Bohrung sovie eine die Sonde mit ihrer Spitze in Anlage an dem metallischen Wandungsteil belastende Federanordnung aufweist, mittels welcher bei der thermischen Ausdehnung und Zusammenziehung der Teile deren gegenseitige Berührung gewährleistet * ™ ist.2. Temperature sensor according to claim 1, characterized in ic ine tj aass the sum facilities Attaching the probe a tubular housing made of insulating material with a bore receiving the probe soie a spring arrangement which loads the probe with its tip in contact with the metallic wall part, by means of which in the case of thermal expansion and contraction the parts whose mutual contact is guaranteed * ™ is. 3. Temperaturfühler nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e k e η η ze i cn η et, daß die an einem aus Kupfer gebildeten metallischen Wandungsteil in Anlage bringbare Sonde aus einer_Kickel-Kupferlegierung gefertigt ist.3. Temperature sensor according to claim 1 and / or 2, characterized g e k e η η ze i cn η et that the one made of copper formed metallic wall part is made of a_Kickel copper alloy which can be brought into contact with the system. 4. Temperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Verwendung an einer durch in gegenseitigem Abstand angeordnete, einen Durchlaß für die Durchströraung mit Kühlwasser bildende, metallische Innen- und Außenwandungen gebildeten Gefäßwandung, dadurch g e k e η η -4. Temperature sensor according to at least one of claims 1 to 3, for use on a by at a mutual distance arranged, a passage for the Durchströmraung with cooling water forming, metallic inner and outer walls formed vessel wall, thereby g e k e η η - 209822/088* ^0 0FilGlNAL 209822/088 * ^ 0 0FilGlNAL ze i c h ne t, daß die Einrichtungen zum Anbringen der Sonde in der Außenwandung sitzen und gegenüber dieser isoliert Eind und daß ßioh die Sonde durch den Kühlwasserdurchlaß hindurch erstreckt und ihre Spitze sich in Berührung mit der Innenwandung befindet.show that the facilities for attaching the The probe is seated in the outer wall and is isolated from it extends through and its tip is in contact with the inner wall. 5· Temperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ek en η ζ e i c hn e t, daß das auB Isoliermaterial bestehende rohrförmipe Gehäuse fest in die Außenwandung eingesetzt ist und daß die metallische Oberfläche des sich durch den Kühlwasserdurchlaß erstrekkenden Teiles der Sonde der Berührung mit. dein jtfassei* ausgesetzt ist.5. Temperature sensor according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the tubular housing made of insulating material is inserted into the outer wall and that the metallic Surface of the part of the probe extending through the cooling water passage in contact with. your jtfassei * exposed is. 6. Temperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet» daß öle Federanordnung eine das hervorstehende Teil" der Sonde umgebende Druckfeder ist und daß die Sonde in der Bohrung des Gehäuses beweglich geführt ist.6. Temperature sensor according to at least one of the claims 1 to 5, characterized »that oils The spring arrangement is a compression spring surrounding the protruding part of the probe and that the probe is in the bore of the housing is movably guided. 7. Temperaturfühler nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Verwendung in einer Reihe von in gegenseitigen senkrechten Abständen an einer eine aus Kupfer bestehende · Innenwandung aufweieenden S#tranggußkokille angeordneten7. A temperature sensor according to at least one of claims 1 to 6, for use in a series of vertical at mutual distances on an inner wall of an existing copper · aufweieenden S # tranggußkokille arranged ™ Temperaturfühlern als Teil einer eine mit den Temperaturfühlern und der Kokille verbundene Schaltung aufweisenden Einrichtung zum Anzeigen der Standhöhe der Flüssigkeit, dadurch g e k e η η ze ic h η e t, daß die Sonde aus einer Nickel-Kupferlegierung gefertigt ist.™ Temperature sensors as part of a device having a circuit connected to the temperature sensors and the mold for displaying the level of the liquid, thereby geke η η ze ic h η et that the probe is made of a nickel-copper alloy. 209822/0894209822/0894
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